（光学工程专业论文）测试系统参数对车用发动机排放的影响研究.pdf

摘要 随着汽车保有量的增多 机动车污染正成为影响空气质量的主要原因之 鉴于汽车尾气排放现状 相应的排放标准日益严格 要求对柴油机进行技术升级 降低柴油机排放水平 同时对排放测试技术精度提出了越来越高的要求 然而目 前对提高发动机排放测试精度系统性的研究较少 针对这一情况 本课题的主要 目的是研究发动机排放测试的参数设置对排放结果的影响 来提高测试结果的精 确度 本研究基于全流稀释系统采用e s c 循环分析发动机测试系统参数设置对排放 结果影响 研究了进气温度 进气湿度 进气压力 中冷后温度和排气背压等参 数分析发动机环境变化对排放结果的影响 研究了e s c 循环设置参数即发动机a b c 转速变化对测试结果的影响 研究了c v s 流量 二级稀释空气流量和二级稀 释排气流量等稀释采样系统参数对排放测试结果的影响 通过分析各个参数对排 放结果的影响 更好的指导发动机排放测试中环境参数的设置 提高测试精度 本研究获得以下结果 1 试验表明中冷后温度4 5 时 n o x 和颗粒比排放量都非常低 同时经济 性和动力性较好 中冷后温度4 5 为最优值 2 试验表明排气背压1 0 k p a 时 除了t h c 排放外 其它污染物都非常低 同时经济性和动力性较好 排气背压1 0 k p a 为最优值 3 经过温湿校正n o x 并不能完全校正因环境变化所引起的排放的变化 分 析表明 进气温度设置为2 4 时为进气温度最优值 4 考察进气压力变化对发动机排放和性能的影响 改变进气压力 n o x 和 颗粒的变化趋势相反 油耗率和循环功率的变化趋势也相反 所以可以通 过改变进气压力大小 权衡各种排放指标达到排放标准 5 a b c 转速变化对颗粒物排放结果影响最大 增大3 a b c 转速 颗粒排放增加0 0 1 5 3 9 k w h 的比排放量 增加1 3 2 6 颗粒比排放量随着c v s 流量的增加而增加 以及稀释通道流量由 7 0 m 3 m i n 增加到1 5 0 m 3 r a i n 时 颗粒比排放量由o 1 0 9 2 9 k w h 增加到 o 12 6 4 9 k w h 增加15 8 7 二级稀释比从1 2 7 增加到2 8 0 颗粒比排放量测量结果增加2 0 关键词 全流稀释系统 测试技术 发动机台架 柴油机 排放 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo ft h en u m b e r so fa u t o m o b i l ei nc h i n a p o l l u t i o n sf r o mv e h i c l e a r eam a j o rm a t e r i a lo fa i rp o l l u t i o n i nv i e wo ft h es t a t u so fe x h a u s te m i s s i o n s t h e e m i s s i o ns t a n d a r d sa r eb e c o m i n gs t r i n g e n t t h i sw i l l r e q u i r et e c h n i c a lo fd i e s e l e n g i n eu p g r a d i n gt or e d u c et h ee m i s s i o n s i tr e q u i r e st h eh i g h e rd e m a n d so ft h e p r e c i s i o nf o re m i s s i o nt e s t i n gt e c h n o l o g y b u tr e l e v a n ts y s t e m a t i cs t u d yi ss ol e s s t h e m a i np u r p o s eo ft h i ss u b j e c ti st os t u d yt h ee m i s s i o n sf r o mt h ee n g i n eb e n c ht e s t p a r a m e t e rs e t t i n g s w h i c hw i l li n f l u e n c et h ea c c u r a c yo ft e s tr e s u l t s t h es t u d yi sb a s e do nf u l l f l o wd i l u t i o ns y s t e mt os t u d yt h er e s u l to fe s c c y c l e a f t e rc h a n g i n gt h et e s ts y s t e mp a r a m e t e rs e t t i n g s t h ei n t a k ea i rt e m p e r a t u r e i n t a k e a i rh u m i d i t y i n t a k ea i rp r e s s u r e i n t e r c o o l e rt e m p e r a t u r ea n dt h ee x h a u s tb a c k p r e s s u r ea r es t u d i e dt oa n a l y z et h ei m p a c to ne m i s s i o n s t h ep a r a m e t e r sf r o me s c c y c l e s u c ha st h ee n g i n ea b cs p e e da r es t u d i e dt ot h et e s tr e s u l t f i n a l l yt h ec v s f l o w t h es e c o n d a r yd i l u t i o na i rf l o wa n dt h es e c o n d a r yd i l u t i o ne x h a u s ta i rf l o wa r e a l s oa n a l y z e do nt h ei m p a c to fe m i s s i o nt e s tr e s u l t s a c c o r d i n gt o a n a l y z i n gt h e r e s u l t so fe s cc y c l e t h ei m p a c to ft r e n d si ne m i s s i o n sf r o mt h ep a r a m e t e r sa r e o b t a i n e d a n di tw i l li m p r o v et e s ta c c u r a c y t h i ss t u d yh a so b t a i n e ds o m ec o n c l u s i o n si nt h ef o l l o w i n g 1 t h er e s u l ts h o wt h a ta tt h ei n t e r c o o l e rt e m p e r a t u r eo f4 5 t h ee m i s s i o n so f n o xa n dp a r t i c u l a t ea r el o w e r a l s ot h ee c o n o m ya n dd y n a m i ca r em u c hb e t t e r s ot h et e m p e r a t u r ei st h em o s to p t i m a lv a l u e 2 t h er e s u l ti n d i c a t et h a ta tt h ee x h a u s tb a c kp r e s s u r eo f10k p a t h ee m i s s i o n s e x c e p tt h et h c a r em u c hl o w e r t h ep r e s s u r eo f10k p ai st h em o s to p t i m a lv a l u e 3 t h e t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yc o r r e c t i o nc a nn o tb ef u l l yc o r r e c t e dt h ei m p a c to f t h ee n v i r o n m e n tc h a n g e s t h ea n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ei n t a k et e m p e r a t u r eo f2 4 i st h em o s to p t i m a lv a l u e 4 a f t e rc h a n g i n gt h ei n t a k ep r e s s u r e t h en o xa n dp a r t i c u l a t ee m i s s i o n sh a v ea c r o s sc u r r e n t a n dt h ee c o n o m y a n d d y n a m i ch a v e ac r o s sc u r r e n tt o o s o e m i s s i o ns t a n d a r d sc a nb ea c h i e v e db yb a l a n c i n gm u l t i o b j e c to fe m i s s i o n s 5 t h e c h a n g e so ft h ea b cs p e e df r o me s cc y c l eh a v eag r e a t e ri m p a c to nt h e p a r t i c u l a t ee m i s s i o n s t h ep a r t i c u l a t ee m i s s i o n si n c r e a s e0 0 15 3 9 k w hb y13 2 p e r c e n t 6 t h ep a r t i c u l a t ee m i s s i o n si n c r e a s ef r o mt h ec v sf l o w w h e nt h ec v sf l o w i n c r e a s ef r o m7 0 m 3 m i nt o15 0 m m i n t h ep a r t i c u l a t ee m i s s i o n si n c r e a s ef r o m 0 10 9 2 9 k w ht oo 12 6 4 9 k w hb y15 8p e r c e n t 7 w h e nt h es e c o n d a r yd i l u t i o nr a t i oi n c r e a s ef r o m1 2 7t o2 8 0 t h ep a r t i c u l a t e e m i s s i o n si n c r e a s e2 0 p e r c e n t k e yw o r d s f u l l f l o wd i l u t i o ns y s t e m t e s tt e c h n i q u e e n g i n eb e n c h d i e s e le n g i n e e m i s s i o n i i i 独创性声明 本人声明 所曼交的论文是我个人在导师指导下进行的研究 作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料 与我一同丁作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意 研究生签名 张 日期 旦签聋 雌 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留 使用学位论文的规定 艮口 学校有权保留送交 论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以公布论文的全部内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 研究生签名 叠髀导师签名 日期幽 兰 仔 武汉理t 火学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 柴油机排放污染物生成机理及危害 1 1 1n o x 的生成机理和危害 1 1 1 1 生成机理 柴油机排气中的氮氧化物主要是指一氧化氮 n o 和二氧化氮 n 0 2 统 称为n o x 其中n o 占绝大部分 影响氮氧化物 n o x 生成的因素有燃烧方 式 运行条件 燃料特性等 大量研究认为 根据产生机理的不同 排放中n o x 主要有三种来源 分别为热力型n o x 燃料型n o x 和瞬发型n o x 1 2 1 1 热力型n o x 热力型n o x t h e r m a ln o x 是指燃烧时空气中的n 2 在高温下氧化而生成的 氮氧化物 热力型n o x 的生成机理是由原苏联科学家泽尔多维奇 z e l d o v i c h 提 出来的 因此又称为泽尔多维奇机理 按照这一机理 空气中的n 2 在高温下氧 化 是通过如下的链式反应进行的 即 0 2 2 0 1 1 n 2 o n n o 2 n 0 2 o n o 1 3 n o h h 咐o 1 4 由于氮分子分解所需的活化能较大 故该反应必须在高温下才能进行 因 此整个反应速度取决于最慢的反应 1 2 反应 1 2 对温度的变化依赖性强 而式 1 3 1 4 中的反应物n 均来源于式 1 2 所以柴油机燃烧过程中n o 的生成率很大程度上取决于火焰温度 含局部温度 另外 根据反应 1 3 氧的浓度对n o x 的生成率亦有相当的影响 同时 化学反应需要时间 因而氧 和氮在高温中滞留的时间长短 是n o x 生成率大小的第三个重要因素 所以高 温 富氧和氧与氮在高温中的滞留时间是影响柴油机燃烧过程中n o x 生成率的 三要素 3 1 2 燃料型n o x 燃料型n o x f u e ln o x 是指燃料中的氮在燃烧过程中产生的n o x 燃料中 武汉理工大学硕十学位论文 的含氮化合物分解后生成氰化氢 h c n 和氨基 n h 2 等中间产物 并逐步生 成n o 这一反应过程在温度低于1 6 0 0 条件下就可进行 柴油的含氮量很低 因而在柴油机工作过程中可以不考虑燃料型n o x 研究表明 当燃料中的n 质 量分数超过0 1 时 氮氧化物的排放主要是燃料型的n o x l 4 1 3 瞬发型n o x 瞬发型n o x p r o m p tn o x 的生成机理为 在富燃料混合气的火焰中 n o 的形成速度远大于局部平衡值 在反应区附近碳氢化合物裂解出的c h 和c h 2 等与n 2 发生反应 生成h c n 和n h 等中间产物 这些中间产物经过生成的c n 和n 快速与氧气 0 2 反应生成n o 瞬发型n o x 的生成过程是由一系列活 化能不高的反应组成 因此并不需要很高的温度就可进行 其反应如下 c i l h 2 n c h c h 2 1 5 c h 2 n 2 h c n n h 1 6 c h q 2 一h c n n 1 7 h c n c n n o 1 8 n h n n o 1 9 内燃机在燃烧过程中 如果混合气过浓就会生成较多的瞬发型n o x 但是 从产生的瞬发型n o x 总量看 所占比例非常小 1 1 1 2n o x 的危害 高浓度的n o 能引起人体神经中枢障碍 n o 会在人体内生成亚硝酸盐 与 血液中的血红蛋白结合 引起组织缺氧 n 0 2 是刺激性很强的有毒气体 进入人 体支气管和肺部后会生成腐蚀性很强的硝酸或硝酸盐 引起气管炎 肺炎 甚 至肺气肿 n 0 2 与h c 在阳光作用下发生化学反应生成一种称之为 光化学烟雾 的有毒气体 对人眼和呼吸器官造成损害 引发眼病 咽喉炎 哮喘 肺气肿 及其它慢性疾病 并可能导致心脏产生损害 严重时危及人的生命 汽车发动 机排放的n o x 多集中于城市 工业区等人口稠密地区 量大集中 危害严重 5 1 1 1 2p m 的生成机理和危害 1 1 2 1 生成机理 颗粒组分主要为固态碳烟及附着在它周围的可溶性有机物 s o f 少量的 h 2 0 s 0 2 硫酸盐和金属物质构成 6 1 颗粒是柴油机另一主要有害排放物 其 排放量随汽车燃用燃油的品质及运行工况的变化有较大的差异 柴油机燃烧过 2 武汉理丁大学硕士学位论文 程中颗粒的形成首先是气相的燃油分子在高温缺氧的条件下发生部分氧化和热 裂解 生成各种不饱和烃类 这些烃类不断脱氢形成碳粒子 并逐渐聚合成直 径在2 n m 左右的碳烟核心 气相烃和其他物质不断凝聚在碳烟核心的表面 以 及碳核问的聚合使得碳核不断增大 继而形成直径2 0 3 0 n m 的碳烟基元 并最 终形成直径在l g m 以下的球状或链状的多孔性聚合物 1 同时 部分未燃烃 硫 酸盐以及水分等在碳粒上吸附聚集 最后形成柴油机颗粒 1 1 2 1 2 危害 颗粒物的表面能吸附空气中的其它污染物 如s 0 2 硫酸雾 多环芳烃 p a h 及致病微生物等 粒径越小的颗粒物 其表面积越大 在相同质量下 细微颗 粒物所吸附的有害物质要远远多于袒颗粒物 细颗粒由于粒径小 能沉积在呼 吸道深部肺泡内 存留时间达到数周至数年 比进入下呼吸道的粒径较大的颗 粒物危害更大 6 1 甚至有研究表明 亚微米的颗粒物可以进入细胞间质和血液系 统 7 细微颗粒物本身的化学成分也非常复杂 主要由s 0 4 n 0 3 n h 4 有 机物及微生物 重金属元素等组成 其中重金属元素包括c r c u n i p b z n m n 等几十种f 9 0 1 等组成 有机物包括正构烷烃 多环芳烃 杂环化合物等上百 种化合物 且多种物质为致癌 致畸 致突变化合物 细颗粒物除了对人体健康有严重危害外 也是导致大气能见度降低和全球 气候变化等环境问题的重要因素 尽管颗粒物只占大气成分的很少一部分 但 在城市中 颗粒物对大气光学性质的影响甚至可达到9 9 t 挖 3 1 颗粒物中碳黑 组分对光的强吸收效应 也使其在温室效应中的贡献显著 j a c o b s o n 等人的研究 认为 气溶胶的存在改变了大气的辐射性质 其中碳黑组分有着比已知情况更 高的温室效应 其影响可能平衡了其它人为源气溶胶组分对温室效应的负作用 就碳黑组分的自身效应而言 它己经超过了甲烷 可能是在c 0 2 之后引起全球 变暖的第二大污染物1 8 j 1 1 3c o 的生成机理 c o 是烃类燃料燃烧不完全的中间产物 烃燃料与空气进行完全燃烧时可用 简化的化学反应式表示 巳巩 咖 i 1 1 d 2 m c 0 2 2 h 2 0 1 1 0 式 1 1 0 说明一个含m 个碳原子和1 3 个氢原子的烃燃烧分子完全燃烧需要 m n 4 个氧分子 当空气不足时 在局部区域存在缺氧现象 部分燃料将不 武汉理工大学硕士学位论文 能完全燃烧 生成c o 和h 2 如式 1 1 1 所示 q 风 詈q m c o 墨马 i 1 1 此外 由于燃烧过程的高温 也可能使部分完全燃烧产物发生分解反应 2 c 0 2 2 c o 0 2 1 1 2 2 可2 0 2 马 0 2 1 1 3 c 0 2 马 c o 马d 1 1 4 混合气浓度越大 排气中的c o 含量就越高 降低混合气浓度时 排气中 c o 就明显降低 当混合气浓度符合理论空燃比或稍稀一些时 由于混合气不均 匀和发生离解反应等原因 排气中仍产生部分c o 1 1 4h c 生成机理 h c 中含有多种成分 但主要是未燃的燃料 燃烧室中的火焰 在离开壁面 0 0 5 0 3 7 r a m 处将熄灭 在这一薄层内留下了一段未反应的混合气 这一现象 称为壁面激冷效应 h c 就是在这厚度为几十微米的激冷层内保存下来的 也有 人认为h c 生成是由于隐藏在活塞顶部和第一道环后的间隙内 另外 混合气过 浓 过稀 不均匀 废气稀释严重 点火系不良等情况也将造成部分燃料不能 燃烧 h c 可以进入人体产生慢性中毒 同时h c 和n o x 一样都会在大气中形成 光化学烟雾 对眼睛和呼吸系统产生极大的危害 1 2 排放法规 控制汽车排放污染物 保护环境是目前世界各国政府都十分重视的一项工 作 世界上许多国家都颁布了汽车尾气排放法规 对汽车排放污染物和测量方 法均有严格的规定 美国是最早制定汽车排放法规的国家 这是因为2 0 世纪 4 0 年代美国加州发生了光化学烟雾事件 开创了汽车排放控制的先河 随后各 国政府也先后制订了相应的汽车排放法规 并且越来越严格 排放标准的加强 也促进了汽车排放控制技术的进步和汽车排放测试技术的提高 排放法规目前 世界范围主要分为三大体系 即美国排放法规 e p a 欧共体排放法规 e c e 和日本排放法规 j e s 其他各国基本上是按照或参考这三大体系来制定 我 国根据欧洲排放法规体系结合我国实际情况制定的排放法规 1 4 引 4 武汉理工大学硕七学位论文 1 2 1 美国法规 美国是世界上最早执行排放法规的国家 也是排放控制指标种类最多 排 放法规最严格的国家 美国的汽车排放法规分为联邦排放法规即环境保护局 e p a 排放法规和加利福尼亚州大气资源局 c 6 衄 排放法规 对于总质量小于3 8 5 5 k g 的车辆 采用对整车排放进行限制 美国加州1 9 6 0 年开始立法控制汽车排气污染物 1 9 6 3 年美国政府颁布 大气净化法 当年加 州就已开始控制曲轴箱燃油蒸发物排放 1 9 6 6 年加州颁布实施 7 工况法 汽 车排放法规 1 9 6 8 年美国政府采用 7 工况法 控制汽车排放 1 9 7 0 年加州开 始控制轿车燃油蒸发物排放 美国政府从1 9 7 0 今年开始制定一系列车辆排放控 制法规 1 9 7 2 年采用l a 4 c f p 孓7 2 测试循环 并增加对n o x 的控制 1 9 7 4 年法规增加了工况来控制h c n o x c o 排放 1 9 7 5 年改用l a 4 c h f t p 7 5 测试循环 1 9 7 5 年起到2 0 世纪8 0 年代 美国排放法规大幅度加严 特别强化 了对n o x 的限值 同时提高对非甲烷气体 n m o g 和c o 的控制 1 9 8 4 年 美国开始采用e p a 瞬态测试循环 包含了发动机非稳态运转状况 更加接近实 际运转工况 1 9 9 0 年美国国会对 大气净化法 做了重大修订 对汽车排放提 出了更高的要求 1 9 9 4 年加利福尼亚州制定的低污染汽车排放法规 将轻型车 分为过渡低排放车 t l e v 低排放车 l e v 超低排放车 u l e v 和零排放 车 z e v 并规定从1 9 9 8 年起销售n j n h 的轻型车应有2 为无污染排放 零 排放 车 2 0 0 1 年为5 2 0 0 3 年达到1 0 同时在2 0 0 4 年进一步颁布汽车排 放法规 s u l e v 限值为u l e v 的1 4 2 0 0 7 年1 月1 日 美国开始正式实施 e p a 2 0 0 7 排放法规 这是一项由美国联邦环保署 e p a 制定的重型公路用车辆 排放标准 也是当前世界上最为严格的限制排放法规 从之前的e p a 2 0 0 4 到现 在的e p a 2 0 0 7 排放限值大幅降低 其中 氮氧化物 n o x 排放限值降至 0 2 0 9 b h p h r 颗粒物 p m 排放限值降至0 0 1 9 b h p h r 降幅高达9 0 加利福尼亚州大气资源局 c a r b 的排放法规是世界上最严格的排放法规 也是最早体现将燃油和汽车看作统一体 要求炼油工业和汽车工业共同努力才 能达标的法规 对于总质量大于3 8 5 5 k g 的车辆 通过发动机测试进行认证 认证程序为瞬 态f t p 循环 如图1 1 所示 1 6 5 武汉理1 人学硬十学位论文 1 0 0 8 0 6 0 超 g4 0 2 0 0 阁1 1 美国九p 瞬态循环 9 8 8 2 0 0 4 年美国重型柴油机捧放法胤如表1 1 和表1 2 所示 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 时间 h cc 0n 0 xp m 货车用重搿柴油机l 31 551 0706 0 1 粥8131 556 00 6 0 1 9 9 0i31 555 m 0 2 5 l31 555o0 1 0 l m i 31 554 m0 1 0 公室车用重型柴油机 1 55s on 2 s 1 9 9 3131 550 1 0 1 9 9 4131 55o0 7 1 9 9 6131 5550 0 0 5 1 9 9 8 l31 55 40 o0 5 武汉理工人学硕十学位论文 1 9 9 4 1 21 3 1 5 55 0o 1 0 公交车用重型柴油机 1 9 9 11 21 3 1 5 55 o0 1 0 1 9 9 41 21 3 1 5 55 00 0 7 1 9 9 6 1 21 3 1 5 54 0o 0 5 1 9 9 8 年引入两个附加测试 分别是s e t s u p p l e m e n t a le m i s s i o nt e s t 附加排 放测试 和n t e n o tt oe x c e s s s e t 包含1 3 个稳态工况的测试循环 保证重型 发动机在稳态工况下运行 模仿长途运输卡车在高速公路上匀速行驶 s e t 与 f t p 的限值相同 n t e 是在发动机实际工作过程中进行测试程序 没有固定的 循环 而是设定一个控制区 实际工作过程中进入控制区并且在记录下控制区 持续时间3 0 s 的工况点排放测试结果 并将这些排放结果平均值与限值比较 n t e 的限值是f t p 的1 2 1 5 倍 联邦法规要求从2 0 0 7 年起所有的发动机必须 进行上述附加测试 而加州则从2 0 0 5 年开始执行 1 9 9 7 年1 0 月 美国e p a 制订了在2 0 0 4 年以后开始实施的新的重型柴油机 排放法规 法规的目标是将重型柴油机的排放水平降低到2 o g a h p h r 的水平 发动机厂商可以根据自身情况对自己的排放限值做出选择 如表1 3 所示 选择n m h c 斗 n o xn m h c 1 2 4r d a 2 2 50 5 除n o x 和n m h c 外 其它污染物的排放限值沿用9 8 年的标准 2 0 0 0 年1 2 月 美国e p a 制订了2 0 0 7 年以后的车用重型柴油机排放标准 2 0 0 1 年1 0 月加州a r b 接受了相同的标准 主要内容包括排放标准和燃油标准 排 放物限值更加严格 颗粒为o o l g b h p h r n o x 为0 2 0 9 b h p h r n m h c 为 0 1 4 9 b h p h r 在2 0 0 7 年p m 排放限值严格执行而n o x 和n m h c 排放限值在2 0 0 7 到2 0 1 0 年逐步实施 2 0 0 7 年到2 0 0 9 年比例达到5 0 2 0 1 0 年达到1 0 0 在 燃油方面 2 0 0 6 年7 月15 日前 燃油硫含量必须低于1 5 p p m 燃油厂可以选择 在2 0 0 9 年1 2 月3 1 号之前生产2 0 比例的5 0 0 p p m 硫含量的燃油 7 武汉理工人学硕十学位论文 1 2 2 日本法规 作为世界三大排放法规体系之一 日本从1 9 6 6 年起开始控制汽车排放污染 对新车进行4 工况检测 规定控制c o 体积分数小于3 1 9 6 9 年加严到2 5 1 9 7 1 年规定小型车c o 体积分数小于1 5 轻型车c o 体积分数小于3 1 9 7 3 年采用1 0 工况法 增加t h c 和n o x 两个排放控制指标 1 9 8 6 年开始对柴油轿 车排放进行控制 对在用车实施定期车检法规 1 9 9 1 年起新车采用l o 一1 5 工况 测试循环 柴油乘用车的排放标准限制如表所示 1 9 9 3 年开始对所有柴油机排 放进行控制 柴油机车辆的排放限值如表1 4 所示 表1 4 日本排放法规限值 当量惯量日期测试循环c ot h c n o x p m k gg k i n hg k i n h g k m hg k i n h 1 2 5 0 1 9 9 42 10 4 0o 6 0 0 2 0 1 9 9 82 10 4 0 0 4 00 0 8 2 0 0 20 6 30 1 20 3 0 0 0 5 6 2 0 0 5j c 0 8o 6 3 0 0 2 4 ao 1 50 0 1 4 2 0 0 9 o 6 30 0 2 4 8o 0 80 0 0 5 注 a 非甲烷气体 对于重型车用柴油机 日本7 3 年开始实施重型车用柴油机排放标准 测试 方法为稳念6 工况法 只限制气态污染物c o h c 和n o x 的排放浓度 几次加 严限值只是针对n o x 的排放 从9 4 年起测试方法改为稳态1 3 工况 对污染物 限制也从浓度限制改为排放总量控制 并增加了微粒p m 的限值 2 0 0 5 年末开始 日本对重型车 总质量大于3 5 t 开始使用j e 0 5 测试循环 这是根据东京的车辆行驶状况制定的循环 适用于重型柴油车和汽油车 如图 l 一2 所示 j e 0 5 循环是从整车角度制定的 是车速随时间变化的曲线 但测试时 8 武汉理工大学硕士学位论文 大都还是使用发动机台架 现根据j e 0 5 测速测试对应整车 发动机参数计算出 台架测试用的 转矩 转速 时间 测试循环 计算程序由日本环境部提供 1 6 藿 惫 馏 褥 图1 2 日本j e 0 5 瞬态循环 各个实施阶段排放限值变化如表1 5 所示 表1 5 日本重型柴油机排放法规限值 g k w h 实施 工况 污染物排放限值 年代 c oh cn o xp m d i 直喷 i d i i f 直喷 7 4 年一6 工况 9 8 0 p p m6 7 0 p p m1 0 0 0 p p m5 9 0 p p m 7 7 年 9 8 0 p p m 6 7 0 p p m8 5 0 p p m5 0 0 p p m 7 9 年 9 8 0 p p m6 7 0 p p m7 0 0 p p m4 5 0 p p m 8 2 年 9 8 0 p p m6 7 0 p p m7 0 0 p p m3 9 0 p p m 8 3 年 9 8 0 p p m6 7 0 p p m6 1 0 p p m3 9 0 p p m 8 8 年 9 8 0 p p m6 7 0 p p m5 2 0 p p m3 9 0 p p m 8 9 年 9 8 0 p p m 6 7 0 p p m 5 2 0 p p m 3 5 0 p p m 9 4 年 1 31 况9 2 03 8 07 8 06 8 0 0 9 6 9 7 8 年 9 2 03 8 05 8 05 8 0 0 4 9 2 0 0 0 住7 4 0 2 9 04 5 0 4 5 0 0 2 5 2 0 0 3 6 年2 2 20 8 73 3 83 3 80 1 8 2 0 0 5 年j e 0 52 2 2o 1 7 d2 02 00 0 2 7 2 0 0 9 年2 2 2o 1 7 do 7o 7o o l 注 a 根据g v w 总质量 分阶段实施 1 9 9 7 年g v w 一 3 5 0 0 k g 1 9 9 8 年3 5 0 0 k g g v w 1 2 0 0 0 k g b 2 0 0 3 年g v w 一 12 0 0 0 k g c 2 0 0 5 年底完全实旄 d 非甲烷碳氢 n m h c 1 2 3 欧洲法规 欧洲经济委员会 e c e 从1 9 6 0 年颁布实施了第l 项e c e 法规 至今已形 成1 0 9 项涵盖安全 环保 节能3 大领域的汽车排放法规体系 欧洲经济委员会从1 9 7 0 年开始以e c er 1 5 法规的形式对轻型汽油车排放污 染物和曲轴箱排放污染物进行控制 3 4 年修订加严一次 形成了e c e r 1 5 1 9 7 5 e c e r 1 5 1 9 7 7 e c er 1 5 1 9 7 9 系列排放法规 1 9 7 5 年前执行的e c e r 1 5 和e c er 1 5 0 1 法规只限制c o 和t h c 的排放 1 9 7 7 年的e c er 1 5 0 2 法规 开始增加了对n o x 排放的限值要求 为控制n o x 排放 1 9 8 2 1 9 8 5 年实施的e c er 1 5 0 4 将t h c 和n o x 的总量 作为一个限值来控制 从1 9 8 8 年起排放法规细分为e c er 8 3 8 8 7 6 e e c 和e c e r 1 5 0 4 两部分 其中e c er 8 3 适用于最大总质量不大于2 5 0 0 k g 或定员6 人以 下的汽车 e c er 1 5 0 4 适用于最大总质量大于2 5 0 0 k g 而小于3 5 0 0 k g 的汽车 为了达到e c er 8 3 法规要求 1 9 8 9 年起e c e 开始使用无铅汽油 e c e 在1 9 9 1 年对e c er 8 3 0 0 法规进行了修改 制订了欧i 排放法规 从 考虑到道路交通情况的变化 及时修改了测试规范 欧i i 测试规范在欧i 测试 规范基础上加反映城郊高速公路的城郊工况e u d c 构成 1 9 9 6 年起开始执行 其限值已接近美国过渡低污染车 t l e v 的限值水平 欧i i i 排放法规在2 0 0 0 年起开始执行 对于t h c 和n o x 在欧h 基础上将其 限值再降低1 2 排气测量方法分为i 型和 型测试循环工况 i 型为常温 2 5 5 测试循环 要求发动机起动与采样同时进行 加严对t h c c o 的限值 以前的方法都是在发动机启动4 0 秒才开始采样 大量研究结果表明7 0 的t h c 都是在起动后1 2 5 秒内生成的 原来的方法使冷启动时约有3 0 的排放污染物 未能测到 欧i i i 排放法规还新增加车载诊断系统 o n b o a r dd i a g n o s i t i cs y s t e m o b d 功能检查l p g n g 汽车排放试验 8 万公里内的在用车工况法排放一致性 检查 替代用催化器的认证试验等项目 确保在用车排放量的持续达标要求 对于装有压燃式发动机和点燃式n g l p n 发动机 且总质量大于3 5 t 的车 辆需要采用欧洲重型车排放法规 目前的重型车排放标准体系主要由e s c 1 0 武汉理一 大学硕士字何论文 e u r o p e a ns t a t i o n a r yc y c l e 欧洲稳态循环 测试 e t c e u r o p e a nt r a n s i e n t c y c l e 欧洲瞬态循环 测试和e l r e u r o p e a nl o a dr e s p o n s e 欧洲负荷烟度循 环 测试等3 部分组成 其中 e s c 和e l r 的适用范围包括使用电喷 废气再循环 e g r 氧化性 催化器等技术的发动机 而e t c 适用的范围包括装有先进的排放后处理装置 如 n o x 催化器和颗粒捕集器 的发动机 e t c 为附加试验 此外c n g l p n 发动 机的气态排放污染物测量的工况是e t c 排放限值变化如表1 6 所示 1 7 表i 6 欧洲重型柴油机排放法规限值 g k w h 实施标准 实施时测试工况 污染物排放限值g k w h 动态烟 间c 0h c n o xp m度m 1 e c er 4 9 0 08 1 芷稳态1 3 工况1 4 03 51 8 0 8 8 7 7 e c e8 8 年稳态1 3 工况1 2 32 61 5 8 9 1 5 4 2 e e c 欧i9 2 年稳态1 3 工况4 91 2 39 0o 6 80 4 4 欧i i 9 5 年 稳态1 3 工况 4 01 17 0o 1 50 2 5 b 欧洲3 号法规 2 0 0 0 年 e s c 工况 2 10 6 65 oo 1 00 1 3 b0 8 e t c 工况5 4 5 o 7 8 5 00 1 6 0 2 1 h 1 6 d 欧洲4 号法规2 0 0 5 焦e s c 工况1 50 4 63 5o 0 20 5 e t c 工况4 oo 5 5 3 5o 0 3 1 1 d 欧洲5 号法规 2 0 0 8 年e s c 工况1 50 4 62 0o 0 20 5 e t c 工况 4 00 5 5 2 oo 0 3 1 1 4 欧洲6 号法规2 0 1 3 定e s c 工况1 50 1 3 0 4o 0 l e 1 工况4 oo 5 5o 40 o l 1 1 注 a 适用于功率大于8 5 k w 的柴油机 b 适用于单缸排放小于0 7 l 额定转速大于3 0 0 0 r m i n 的柴油机 c 非甲烷碳氢 n m h c 的浓度 d 甲烷 c h 的排放量 适用于点燃式发动 机 欧3 5 适用于天然气发动机 欧6 阶段适用于天然气和液化石油气发动机 1 2 4 我国排放法规 我国机动车污染控制工作始于1 9 7 9 年 中华人民共和国环境保护法 试行 颁布以后 1 9 8 4 年4 月l 同起实施g b3 8 4 2 3 8 4 4 8 3 四冲程汽油车怠速排放 污染物 柴油车自由加速烟度 柴油车全负荷烟度等排放标准 1 9 8 9 年制订了 参考e c e l 5 0 3 和e c e l 5 0 4 法规的g b l l 6 4 1 1 1 6 4 2 1 9 8 9 轻型汽车污染物排放 武汉理工大学硕士学位论文 标准 1 9 9 4 年5 月起实施g b l 4 7 6 1 1 1 4 7 6 1 7 1 9 9 3 7 项汽车排放标准 对 汽油车怠速污染物 柴油车自由加速烟度和全负荷烟度排放限值有所加严 由 于世界3 大排放标准体系中 欧洲法规的限制的松严程度等方面更适用于我国 的实际情况 而且道路交通情况也与我国较一致 我国在充分吸取欧美经验后 全面等效采用了欧盟 e u 指令 e c e 技术内容和部分前欧共体 e e c 法规 形成了中国排放法规体系 对于发动机 1 9 9 9 年国家颁布了4 项国家标准 包括g b3 8 4 7 1 9 9 9 压然 式发动机和装用压然式发动机的车辆排气可见污染物限值及测试方法 g b 1 4 7 6 1 1 9 9 9 汽车排放污染物限值及测试方法 g b l 7 6 9 1 1 9 9 9 压然式发动机 和装用压然式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法 和g b t1 7 6 9 2 1 9 9 9 汽 车用发动机净功率测试方法 标准 制定中等效采用了欧洲排放法规 对于轻型车 1 9 9 8 年我国实施的g b l 4 7 6 1 1 1 9 9 3 达到了e c e l 5 0 4 法规规 定的限值 1 9 9 9 年1 月1 日北京率先实施了相当于欧王限值的g b l 4 7 6 1 1 9 9 9 标准 从2 0 0 0 年1 月1 同起还实施了g b l 7 9 3 0 1 9 9 9 车用无铅汽油 为实施 相当于欧洲i 号的国家标准创造了条件 g b l 8 3 5 2 2 2 0 0 1 轻型汽车污染物排放 限值及测量方法 i i 等效于欧i i 的排放法规 与2 0 0 4 年7 月1 日起在全国 实施 北京在2 0 0 5 年提前实施等效于欧i i i 的国家标准 欧洲从2 0 0 0 年己开始实施更加严格的欧i i i 排放法规 2 0 0 5 年进一步实施 了欧 排放法规 就柴油机而言 n o x t h c c o 及颗粒物质等4 种污染物的 欧i i i 排放限值分别是欧i i 的6 3 6 0 6 4 和5 0 欧 限值是欧i 的5 0 8 3 7 8 和5 0 为缩短与国外的差距 我国于2 0 0 5 年4 月有发布了多项新 的排放标准 如g b18 3 5 2 3 2 0 0 5 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 中国 i i i 阶段 i i i 阶段指中国相当于实施了欧m 欧 标准的阶段 该标 准从2 0 0 7 年7 月1 日起实施 新标准与老标准相比主要变化如下 1 加严了排放限值 2 改变了测试规程 3 增加了测试要求 测试内容等 2 0 0 5 年国家环境保护总局与国家质量监督检验检疫总局联合发布了系统的 新的国家污染物排放标准 新的标准标志着对汽车污染物排放值实施了更为严 格的控制 其内容如表1 7 其中重型车用柴油机 总质量大于3 5 0 0 k g 的机动车 排放测试包括气态排 放污染物和微粒物的测量 气态排放物污染物指一氧化碳 c o 总碳氢化合物 1 2 武汉理工人学硕士学位论文 t h c 和氮氧化物 n o x 颗粒物 p m 指温度不超过3 2 5 k 5 2 c 的稀 释排气中 由规定的过滤介质收集到的所有物质 对于重型车的排放检测只在 发动机试验台上进行 表1 7 新增污染物排放标准 2 0 0 5 序号 标准代号 标准名称 lg b18 3 5 2 3 2 0 0 5轻型汽车污染物排放限值及替代g b1 8 3 5 2 2 2 0 0 1 测量方法 中国 i 阶段 2g b1 13 4 0 2 0 0 5装片j 点燃式发动机重型汽车替代g b1 1 3 4 0 1 9 8 9 曲轴箱污染物排放限值及测 量方法 3g b1 4 7 6 3 2 0 0 5装用点燃式发动机重型汽车替代1 4 7 6 1 3 1 9 9 3 燃油蒸发污染物排放限值及 测量方法 4 g b1 7 6 9 1 2 0 0 5车片j 乐然式 气体燃料点燃式替代g b1 7 6 9 1 2 0 0 1 和 发动机与汽车排气污染物排g b l 4 7 6 2 2 0 0 2 中的气体燃料点燃 放限值及测量方法 中国 i 式发动机部分 阶段 5g b3 8 4 7 2 0 0 5 车用压然式发动机和压然式 替代g b11 3 4 0 1 9 8 9 发动机汽车排气烟度排放限